14432

14432

كنترل ميزان اكسيژن و نيتروژن حل شده در ابرآلياژ پايه نيكل IN713LC برگشتي به روش ذوب در كوره ي VIM

كارشناسي ارشد

استخراج فلزها

فروردين 1394

فروردين 1394

دكتر منصور سلطانيه

دكتر سيد مهدي عباسي

مواد و متالورژي

چكيده در اين پژوهش فرآيند تصفيه و بخصوص گاززدايي مواد برگشتي از جنس ابرآلياژ پايه نيكل ريختگي IN713LC با هدف بازگرداني و تهيه¬ي آلياژ مادر از آن مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور ابتدا ابرآلياژ IN713LC در كوره¬ي VIM فرآوري شده و پس از ذوب مجدد به وسيله¬ي فرآيند ESR به عنوان ماد¬ه¬ي اوليه¬ي همگن، تحت فرآيند تصفيه در كوره¬ي ذوب القايي در دماي ℃ 1600 قرار داده شد. زماني¬كه ماده¬ي اوليه در داخل بوته¬ي SiC و تحت گاز محافظ و حامل آرگون با فشار جزئي كمي بيش¬تر از atm 1 به وسيله¬ي كوره¬ي القايي با فركانس kHz 25 ذوب و تصفيه شد با اندازه¬گيري ميزان عناصر اكسيژن، نيتروژن و هيدروژن كل در نمونه¬اي كه از مذاب برداشته شده بود ملاحظه گرديد كه پس از سپري شدن مدت زمان 5 دقيقه ميزان اكسيژن، نيتروژن و هيدروژن كل به ترتيب حدود % 18 كاهش، % 5/27 و % 5/0 افزايش يافته است. سپس براي بررسي روند تغيير اين عناصر نسبت به زمان¬هاي بيش¬تر، فرآيند تصفيه به مدت زمان 20 دقيقه ادامه يافت كه نتيجه¬ي غيرقابل انتظاري بدست آمد به¬طوري¬كه ميزان اكسيژن حدود % 70 افزايش و ميزان نيتروژن و هيدروژن به ترتيب حدود % 22 و % 65 كاهش يافت. به منظور يافتن منشأ ورود اكسيژن به ابرآلياژ مذاب، اين بار براي تصفيه از بوته¬ي گرافيت فشرده و خلاء پايين kPa 30 استفاده شد، در حين انجام فرآيند تصفيه نيز از مذاب نمونه¬اي برداشته نشد و مذاب پس از تصفيه در داخل بوته و تحت خلاء پايين سرد و منجمد شد. ميزان اكسيژن و نيتروژن در اين نمونه به ترتيب حدود % 97 افزايش و % 56 كاهش و ميزان هيدروژن نيز از ppm 7/1 به ppm 66/7 افزايشيافت. بنابراين اين نتيجه بدست آمد كه با افزايش فشار جزئي اكسيژن در سطح مذاب، به سبب حضور عناصر بسيار واكنش¬پذير در مذاب از جمله تيتانيوم، لايه¬ي اكسيدي در سطح مذاب تشكيل شده و به اين ترتيب ضريب اكتيويته¬ي نيتروژن حل شده افزايش مي¬يابد كه بوته¬ي گرافيت فشرده نيز به اين فرآيند كمك مي¬كند و فرآيند نيتروژن¬زدايي تسهيل و نرخ آن تسريع مي¬شود. با انجام فرآيند تصفيه در كوره¬ي VIM با فركانس Hz 3000، تحت خلاء Pa 60 و با استفاده از بوته¬ي آلومينا نيز مشاهده شد كه ميزان اكسيژن و نيتروژن، هيدروژن پس از تصفيه به مدت زمان 7 و 18 دقيقه با نرخ متفاوت كاهش مي¬يابد. براي كاهش بيش¬تر ميزان اكسيژن و افزايش نرخ فرآيند اكسيژن¬زدايي، عنصر اكسيژن¬زدا و گوگردزداي كلسيم به سه مقدار ppm 100، 200 و 300 در حين انجام فرآيند تصفيه به مذاب اضافه شد. زماني¬كه ميزان كلسيم ppm 100 به مذاب اضافه مي¬شود ميزان اكسيژن باقي¬مانده كاهش و نرخ اكسيژن¬زدايي افزايش مي¬يابد. اما با افزايش ميزان كلسيم به ppm 300 مقدار اكسيژن از ppm6/26 به ppm 4/25 كاهش مي¬يابد كه اين ميزان كاهش بسيار ناچيز است. به منظور حذف آخال¬هاي داخلي در حين ريخته¬گري از فيلتر SiC استفاده شد كه به اين ترتيب ميزان اكسيژن حدود 4 برابر افزايش و ميزان نيتروژن حدود 3 برابر كاهش يافت. در اين پژوهش به منظور بررسي تخلخل و آخال-هاي غيرفلزي از متالوگرافي با OM و SEM استفاده شده و آناليز عنصري فازهاي موجود در ريزساختار با EDS و نقشه¬ي توزيع پرتوي X عنصرها تعيين شد. در نهايت به منظور بررسي خواص مكانيكي از شمش¬هاي ريخته¬گري شده در كوره¬ي VIM آزمايش تنش گسيختگي و كشش گرم گرفته شد كه خواص كششي شمشي كه به آن ppm 300 كلسيم اضافه شده بود، داراي استحكام كششي MPa 954 و درصد افزايش طول % 3/3 نسبت به ميزان استاندارد و ساير شمش¬ها بسيار مطلوب است. واژه‌هاي كليدي: ذوب و تصفيه¬ي القايي تحت گاز آرگون و خلاء، مواد برگشتي از جنس ابرآلياژ پايه نيكل ريختگي IN713LC، اضافه كردن كلسيم، فيلتر سراميكي SiC، خواص كشش گرم و تنش گسيختگي.